Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.7242/1999-6691/2025.18.2.15
Ключевые слова: cyclic rotor, cfd, aerodynamics, sliding meshes, turbulence, thrust, Incident flow, циклический ротор, аэродинамика, скользящие сетки, турбулентность, тяга, набегающий поток
Аннотация: Выполнено численное моделирование аэродинамики циклического движителя в различных режимах. Циклический движитель представляет собой ротор, на внешней цилиндрической поверхности которого параллельно его оси закреплены лопатки, способные изменять свой угол наклона по мере вращения. Аэродинамика ротора моделируется в постановке трехмеПоказать полностьюрного турбулентного несжимаемого течения воздуха. Численная модель базируется на методах вычислительной гидродинамики, в частности, дискретизация расчетной области осуществляется согласно методу контрольных объемов, а движение лопаток учитывается методом скользящих сеток. Проведенные тестовые расчеты демонстрируют хорошее согласование результатов с известными экспериментальными данными. Показано, что за один цикл вращения ротора лопасть проходит два участка создания тяги, из которых большая часть приходится на нижнюю половину цикла. Для нахождения характеристик ротора в условиях полета, рассмотрено обтекание одиночного ротора набегающим потоком при варьировании направления его вращения и скорости. Выявлено, что с увеличением последней вертикальная составляющая создаваемой лопатками подъемной силы растет. При обтекании горизонтальным потоком воздуха в условиях висения (при отсутствии смещения относительно поверхности земли) существенно меняется затрачиваемая мощность и, соответственно, эффективность работы ротора. При размещении в набегающем потоке системы из двух роторов их параметры, как свидетельствуют результаты расчетов, значительно и разнонаправлено изменяются с ростом скорости потока: момент сил на переднем движителе уменьшается, а на заднем увеличивается. При умеренной скорости набегающего потока роторы почти не влияют друг на друга. С ростом скорости набегающего потока управление движителями требует отклонения отбрасываемых ими струй воздуха, вследствие этого задний ротор попадает в струю от переднего ротора, и это приводит к ухудшению его характеристик. The paper presents numerical simulation of the aerodynamics of a cycloidal rotor in various modes. The cycloidal rotor is a rotor consisting of several blades parallel to its axis and capable of changing their pitch angle as it rotates. The rotor's aerodynamics is modeled in the formulation of a three-dimensional turbulent incompressible air flow. The numerical model is based on the computational fluid dynamics methods, in particular, the computational domain is discretized by the control volume method, and the motion of blades is modeled using the sliding mesh method. The results of test calculations are in good agreement with the experimental data. It is shown that, during rotation, the blade passes two parts of rotor thrust generation, most of which falls on the lower half of the cycle. To find the rotor characteristics under flight conditions, calculations were performed for the flow around a single rotor by the incident flow with varying velocity and direction. It was found that the vertical component of the force increases with increasing rotor descent speed. Under a horizontal flow, the power and, accordingly, the rotor efficiency change greatly. The calculations performed for two rotors in the incident flow show that their parameters change significantly and in opposite directions with increasing flow velocity. In this case, the torque on the front rotor decreases with increasing flow velocity, and on the rear rotor it increases. At a moderate incident flow velocity, the rotors have almost no effect on each other. As the incident flow velocity increases, rotor control requires deflection of the air jet thrown off by the rotors, as a result of which the jet created by the front rotor falls on the rear rotor, which leads to deterioration of its characteristics.
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред
Выпуск журнала: Т. 18, № 2
Номера страниц: 202-213
ISSN журнала: 19996691
Место издания: Пермь
Издатель: Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН